无损检测在食品品质检测中的运用

马昕

摘 要：随着物质生活水平的大幅度提升，人们对食品品质也提出了更高的要求，运用现代先进科学技术保障食品品质已成为公众普遍关注的话题。本文介紹了无损检测技术的特点，探究了基于力学、光学、电磁学等原理的无损检测在食品品质检测中的运用情况，并以食物细菌检测、重金属等检测为典型案例，分析了无损检测技术的应用优势，以期为食品品质检测提供参考。

关键词：无损检测;食品品质检测;应用力学;电磁学;生物传感技术

Abstract：With the substantial improvement of material living standards， people also put forward higher requirements for food quality. The use of modern advanced science and technology to ensure food quality has become a topic of public concern. This paper introduces the characteristics of non-destructive testing technology， explores the application of non-destructive testing based on the principles of mechanics， optics， electromagnetics， etc. in food quality testing， and analyzes the application of non-destructive testing technology based on the detection of food bacteria and heavy metals as typical cases. Application advantages， in order to provide reference for food quality testing.

Key words：Non-destructive testing; Food quality testing; Applied mechanics; Electromagnetics; Biosensing technology

中图分类号：TS207.3

近年来，食品安全事件频发，暴露了我国在食品品质检测方面的漏洞，与此同时，食品品质及安全问题也受到了社会各界的广泛关注[1]。传统食品品质检测耗时长、流程复杂，且投入资金多。随着现代科学技术的不断发展，无损检测技术在食品品质检测中得以应用，其能够在保持初始物质样态的基础上，实现对食品光学、电学特性的检测，反映出食品外表特征及内部品质，对食品品质监测有着重要的实践意义与应用价值。

1 无损检测技术概述

作为一种非破坏性检测技术，无损检测技术主要是指在不破坏待测物质原有状态、不影响其化学性质前提下，实现对待测物质化学成分、物理信息等的检测。无损检测集中了材料科学、物理学、信息技术以及人工智能技术等多项技术，经过多年实践研究，其在食品品质检测中的价值已经得到了专家学者及科技人员的一致认可[2]。无损检测技术在食品品质检测中的作用主要是通过数据信号采集、数据处理及信号控制3个部分实现的。其中数据及信号的采集是其中最为核心的部分，其直接关系着结果的准确性。无损检测的难点则是信号采集方式的选择。完成数据采集后采用计算机现代化设备对数据进行处理。控制信号则是在显示器上将结果予以呈现。无损检测技术具有用时短、成分低的优势，还能推进智能制造，使食品的加工更加智慧，比如在中央厨房装备中，通过检测菜的熟化程度，引导翻动频率和翻动方式。特别是无损检测技术进入我国传统食品工业后，可以帮助传统食品加工从手工一步跨过机械化，直接进入自动化、智能化制造阶段，实现跨越级的多级发展。随着机械手、电子技术的普及，传统的风味得到完美保存，生产技术和工艺更加智慧更加智能。

2 无损检测技术在食品品质检测中的应用

2.1 基于光学原理食品品质检测

基于光学原理的无损检测技术主要包括紫外光谱法、近红外光谱法、可见光谱法等。上述方法都是通过食品对光的反射、吸收以及投射等特性实现对食品内部品质的检测。目前，光学原理无损检测技术对食品的检测主要被应用于谷物、果蔬等产品化学成分、物理性质及色度学等分析及检测中[3]。果蔬与谷物食品无论在内部成分还是外部特性方面都存在明显差异性，经过不同波长射线照射，果蔬、谷物会产生出不同透射、反射及扩散效果，一部分被食品内部组织吸收，一部分则被表面反射。因此运用光学原理进行食品品质检测是切实可行的。该技术主要是通过检测反射率及透光率，进而得到食品品质相关数据。高光谱遥感不仅可探测人眼无法感知的谱段范围，更可以连续记录数百个光谱波段，辨别人眼无法辨识的微小差异，如有农药残留的蔬菜和没有农药残留的蔬菜。相较于传统检测方式，高光谱遥感食品检测不仅具有无接触、无损的特点，更可以大大提升检测效率，让食品安全检测更加方便快捷。

2.2 基于声学原理食品品质检测

声波也是检测食品品质的无损检测技术，其主要利用的是不同声波在不同待测食品样品检测中的反射特性、吸收特性等的不同实现的。待测食品样品具有自己的声阻抗与固有频率，再加上声波传播速度，两者之间会相互作用，进而形成一定的规律。如在检测西瓜样品时，对西瓜做出打击动作，不同成熟度西瓜产生的声波是不同的。适熟西瓜打击音波是有规律的，呈现出衰减波形。过熟的西瓜波形则不规律。因此，要想检测西瓜的成熟程度可以借助声学原理音波波形特点进行无损检测。

2.3 基于电磁学原理食品品质检测

电磁学原理下检测食品品质的技术主要包括主动特性法与被动特性法两种，前者主要是借助待测食品自身的电磁学性质进行测量，后者则是将食品放置于电磁场中，在電磁场影响下营造相应的外部环境，对其特性进行检测[4]。电磁学是目前应用最为广泛的食品品质检测方式。如在检测桃子在储藏室的变化情况时，可以发现其最佳测试频率段低于15 kMHz，且储藏时间越长，等效阻抗越大、相对介电常数越小。当桃子发生腐烂时，电特性数值会变大。有学者在研究中采用智能LCR测试仪对不同内部品质苹果的电特性进行检测，结果显示利用介电常数对水果内部品质进行判定具有较高的可行性[5]。利用水氢核横向弛豫时间对面团水流动性进行测定，显示面粉中的蛋白质、化学物质的加入并不会对面团结合水量产生影响，采用核磁共振则能有效检测出奶酪中的水分情况。这是因为奶酪流动性好坏很大程度由水分子交换决定。当环境及化学性质发生变化时，蛋白质排列也会重组。

2.4 基于应用力学食品品质检测

力学食品品质检测技术包括敲打解析法、超音波测定法等，其利用振动频率、黏弹性以及硬度等食品力学特性对食品品质进行检测。声波与振动法一方面能有效检测出待测食品品质指标，另一方面能帮助判断食品内部是否存在缺陷，组织结构情况等。如在对牛乳中脂肪含量进行测定时，可以采用超音波法，不同待测食品对超声波呈现的反射波有着明显的差异性，根据这一特点可以了解待测食品的品质。另外，该方法还被应用于鸡鸭牛羊等动物肉质、脂肪厚度检测。

2.5 生物传感技术下食品品质检测

随着现代生物传感技术的发展，其应用范围也不断扩大，逐渐应用于食品品质检测领域，主要涉及添加剂检测、有害成分检测以及基本成分鉴定等，除此之外还能够检出食品中是否含有有毒成分[6]。该检测方法操作简单、无需大量试剂，具有较高的灵敏度，且不会产生污染。该检测技术涉及物理、化学、生物等多个方面，有效融合了纳米技术、现代生物技术及材料技术等多项核心技术，在食品添加剂检测方面有着显著的优势。如采用生物传感器检测食品中添加剂亚硫酸盐情况。研究发现长期食用亚硫酸盐会增加哮喘风险。对该添加剂的检测不仅能减少食品中亚硫酸盐的含量，而且能提升食品安全性，保障食品品质。

3 无损检测食品品质典型案例

3.1 食物细菌检测

作为食品质量安全检测的重要内容，细菌检测主要是通过对食品中细菌含量的测量，获得食品新鲜程度、清洁程度的过程，其还能用于评估加工操作是否符合卫生要求。传统检测由于设备落后，检测缺乏科学性，结果说服力不强，且存在一定的盲区。而无损检测技术的应用则能弥补传统细菌检测的缺陷。通过系统检测获得准确的结果。如在检测某品牌苹果汁中所含大肠杆菌情况时，无损检测结果显示大肠杆菌为32.74%，另外有3.13%为非致命性细菌。采用传统检测结果显示大肠杆菌检出率为24%[7]。由此可见传统技术检测食品中细菌情况无法将大肠杆菌与其他种类细菌分离开来，结果误差较大，难以为后续研究提供可靠的参考依据。另外，从两种检测方式所花费时间来看，无损检测较传统检测减少了25%耗时，体现了无损检测的优越性。

3.2 重金属检测

随着近年来农田污染程度的加剧及污染范围的扩大，食品重金属检测也成为食品安全关注的重点。无损检测技术对重金属的检测主要采用的是激光诱导，其能实现对食品中金属元素的追踪，对获得的数据进行追踪[8]。如在监测土豆类果蔬中重金属情况时，先对土豆进行切片处理，然后将切片放置于检测台，进行反复10次试验，获得数据分别为7.38%、4.28%、6.29%、4.25%、7.13%、5.02%、4.69%、5.61%、5.52%和6.02%。通过上述试验数据预判土豆中所含重金属的含量，能够获得最为准确的结果。

3.3 农药残留检测

目前，市场上售卖的蔬菜、水果等都或多或少的会存在农药残留，其不仅影响居民身体健康，而且具有一定的毒害作用。在无损检测技术支持下，采用高光谱法对食品中农药成分进行检测，能够帮助鉴别残存农药的总量。检测时首先对果蔬根据所用农药类型的不同进行分类，然后进行针对性检测，获得可靠性结果。如对菠菜农药残留进行检测，可以采用同位素追踪法，结果显示其残留农药含量为10.25%，该结果能为食品安全提供保障。

4 结语

目前，无损检测技术已经成为食品品质检测的新技术与新手段，食品品质检测相关工作人员应积极学习并熟练掌握无损检测技术特点及操作方法，正确运用无损检测技术，为食品品质分级提供可靠的依据，这不仅是食品安全的必然要求，同时也是提升食品竞争力的必然选择。

参考文献：

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作者简介：马 昕（1992—），女，本科，讲师;研究方向为食品加工与检测。